一種超長(zhǎng)凈尺寸碳纖維復(fù)合材料面板成型方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種碳纖維復(fù)合材料面板的成型方法，特別涉及一種超長(zhǎng)凈尺寸碳纖維復(fù)合材料面板的成型方法，屬于碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料承力結(jié)構(gòu)成型工藝技術(shù)，該方法所制備的復(fù)合材料面板作為火箭或?qū)椀闹谓Y(jié)構(gòu)，超長(zhǎng)尺寸一般指面板的長(zhǎng)度為
2—4π?ο
【背景技術(shù)】
[0002]超長(zhǎng)凈尺寸碳纖維復(fù)合材料面板用于運(yùn)載火箭先進(jìn)上面級(jí)組合儀器艙，與其他復(fù)合材料零件或金屬零件組合裝配便可以滿足直徑4m左右的上面級(jí)結(jié)構(gòu)的承載和剛度要求，復(fù)合材料面板可以一次成型，無(wú)需二次加工，而且質(zhì)輕、整體性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易便于安裝，可以縮短成型工藝周期，可以減少?gòu)?fù)合材料零件的數(shù)量，具有突出的整體穩(wěn)定性和高結(jié)構(gòu)效率。
[0003]一般來(lái)說(shuō)，復(fù)合材料面板尺寸越大，固化過(guò)程排出揮發(fā)份和鋪層過(guò)程帶入的空氣越困難，在面板內(nèi)部越容易形成微氣孔、夾雜甚至分層缺陷。通過(guò)本發(fā)明特殊的固化包覆形式，可以將超長(zhǎng)復(fù)合材料面板的缺陷百分比可以控制在1%以內(nèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種超長(zhǎng)凈尺寸碳纖維復(fù)合材料面板的成型方法，采用該方法制備的復(fù)合材料面板質(zhì)輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)易便于安裝、使用可靠、成型周期短。
[0005]本發(fā)明通過(guò)采用對(duì)稱鋪層及特殊的固化包覆形式，實(shí)現(xiàn)了最大長(zhǎng)度4m的超長(zhǎng)凈尺寸復(fù)合材料面板的成型，成型質(zhì)量良好，表面光滑，面板尺寸精度高，是一種安裝便捷、使用可靠的復(fù)合材料支撐承載結(jié)構(gòu)。
[0006]本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)。
[0007]本發(fā)明的一種超長(zhǎng)凈尺寸碳纖維復(fù)合材料面板的成型方法，具體步驟為:
[0008]I)碳纖維預(yù)浸料的制備:碳纖維為碳纖維織物或碳纖維單向無(wú)瑋布，含膠量為38%?42%，揮發(fā)份含量為0.5%?2% ；
[0009]2)根據(jù)面板的鋪層設(shè)計(jì)要求進(jìn)行碳纖維預(yù)浸料的鋪覆，鋪層層數(shù)為設(shè)計(jì)要求的80% -90% ;可以采用激光投影鋪層定位設(shè)備進(jìn)行輔助，鋪層完畢后，對(duì)預(yù)制件進(jìn)行裁邊，修至單邊比最終要求尺寸寬5?1mm ；
[0010]3)將步驟2)得到的預(yù)制件上表面和下表面分別鋪放聚四氟乙烯玻璃漆布，然后在上表面上的聚四氟乙烯玻璃漆布的上面依次放置吸膠材料、有孔薄膜和整型模具，整型模具采用厚度I?3mm的鋁板，真空袋密封后，放入熱壓罐進(jìn)行預(yù)壓實(shí)；預(yù)壓實(shí)的溫度為70-80°C，壓力為0.1-0.3MPa，時(shí)間為20_60min ;吸膠材料為濾紙，吸膠材料的用量根據(jù)鋪層厚度和預(yù)浸料的樹(shù)脂含量進(jìn)行計(jì)算；
[0011]4)將步驟3)得到的預(yù)制件依次去除整型模具、有孔薄膜、吸膠材料和聚四氟乙烯玻璃漆布后，根據(jù)鋪層要求鋪制剩余的鋪層，然后將預(yù)制件裁剪至最終(設(shè)計(jì)要求)要求尺寸；
[0012]5)在平板模具上依次鋪覆隔膠材料、聚四氟乙烯玻璃漆布、步驟4)得到的預(yù)制件，在預(yù)制件的四周放置整型條，在預(yù)制件表面再依次鋪覆聚四氟乙烯玻璃漆布、吸膠材料、有孔薄膜、透氣材料，整型條寬度為20?50mm，厚度與面板要求厚度相同或略低(0.5mm以內(nèi))，包覆真空袋密封，進(jìn)入熱壓罐固化；固化溫度為160-180°C，壓力為0.4-0.8MPa，時(shí)間為 120-240min ；
[0013]平板模具為長(zhǎng)和寬的尺寸均為5m以上的鋁質(zhì)板或鋼質(zhì)板，鋁質(zhì)板的厚度為30mm-50mm，鋼質(zhì)板的厚度為10mm-20mm ;隔膠材料為聚丙稀薄膜；吸膠材料為濾紙，吸膠材料的用量要根據(jù)預(yù)壓實(shí)后的吸膠量和剩余鋪層的實(shí)際含膠量進(jìn)行計(jì)算；透氣材料為透氣氈；整型條的材料為硅橡膠板或薄鋁板；
[0014]步驟5)中聚四氟乙烯玻璃漆布的尺寸大于安裝整型條后的預(yù)制件的外形尺寸(長(zhǎng)和寬)30-50mm ；
[0015]6)依次去除真空袋、透氣材料、有孔薄膜、吸膠材料、聚四氟乙烯玻璃漆布、整型條，得到毛坯件，用砂紙打磨掉四周的余膠或碳纖維毛刺，稍加修磨后即得到符合尺寸要求的復(fù)合材料面板。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于:
[0017](I)面板采用對(duì)稱鋪層，并使用激光投影設(shè)備進(jìn)行鋪層輔助定位，確保鋪層角度，可以避免固化后的翹曲變形；
[0018](2)固化包覆時(shí)，預(yù)制件上、下表面均要覆蓋聚四氟乙烯玻璃漆布，而且尺寸要大于安裝整型條后的預(yù)制件尺寸，有利于上、下表面揮發(fā)性氣體及鋪層帶入空氣的導(dǎo)出；
[0019](3)固化過(guò)程采用四周放置整型條的方式，可以防止面板“溜邊”，保證面板的最終尺寸，減少后續(xù)加工的工作量；
[0020](4)面板的厚度和尺寸可以根據(jù)設(shè)計(jì)需求調(diào)整，就可以滿足不同結(jié)構(gòu)的承載能力需求，具有一定的通用性。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1為實(shí)施例所述的復(fù)合材料面板固化包覆示意圖；
[0022]圖中:1.真空袋；2.透氣材料；3.有孔薄膜；4.吸膠材料；5.聚四氟乙烯玻璃漆布；6.預(yù)制件；7.隔膠材料；8.平板模具；9.真空密封膠帶；10.整型條。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖1對(duì)本發(fā)明涉及的運(yùn)載火箭上面級(jí)結(jié)構(gòu)所用的長(zhǎng)度為4m的復(fù)合材料面板成型工藝技術(shù)進(jìn)行描述。
[0024]如圖1所示，本發(fā)明的具體成型步驟如下:
[0025]I)碳纖維預(yù)浸料的制備:碳纖維預(yù)浸料采用碳纖維單向無(wú)瑋布，含膠量為38%，揮發(fā)份含量低于1% ;
[0026]2)根據(jù)承載能力和鋪層優(yōu)化設(shè)計(jì)，鋪層為45°、0°和90°交替進(jìn)行，共20層，鋪覆第1-18層碳纖維預(yù)浸料，可以采用激光投影鋪層定位設(shè)備進(jìn)行鋪層輔助，鋪層完畢后，對(duì)預(yù)制件進(jìn)行裁邊，修至單邊比最終要求尺寸寬5_ ;
[0027]3)將步驟2)得到的預(yù)制件上表面和下表面分別鋪放聚四氟乙烯玻璃漆布5，然后在上表面上的聚四氟乙烯玻璃漆布上依次放置吸膠材料4、有孔薄膜3和整形模具，吸膠材料為I層濾紙，整型模具采用厚度2_的鋁板，尺寸與預(yù)制件相同，然后采用真空袋I進(jìn)行密封后，放入熱壓罐進(jìn)行預(yù)壓實(shí)；預(yù)壓實(shí)的溫度為70°C，壓力為0.3MPa，時(shí)間為30min ;
[0028]4)將步驟3)得到的預(yù)制件去除整型模具、有孔薄膜、吸膠材料和聚四氟乙烯玻璃漆布后，根據(jù)鋪層要求鋪制剩余2層碳纖維預(yù)浸料，對(duì)預(yù)制件進(jìn)行裁邊，修至設(shè)計(jì)要求尺寸；
[0029]5)在平板模具8上依次鋪覆隔膠材料7、聚四氟乙烯玻璃漆布5、步驟4)得到的預(yù)制件6，在預(yù)制件的四周放置整型條10，在預(yù)制件6表面再依次鋪覆聚四氟乙烯玻璃漆布5、吸膠材料4、有孔薄膜3、透氣材料2，整型條10寬度為30mm，厚度與面板最終要求厚度相同，包覆真空袋I密封，進(jìn)入熱壓罐固化；固化溫度為170°C，壓力為0.6MPa，時(shí)間為120min ；
[0030]平板模具為長(zhǎng)和寬的尺寸均為6m鋼質(zhì)板，鋼質(zhì)板的厚度為15mm ;隔膠材料為聚丙烯薄膜；吸膠材料為I層濾紙；透氣材料為透氣氈；整型條的材料為硅橡膠板；
[0031]步驟5)中聚四氟乙烯玻璃漆布的尺寸大于安裝整型條后的預(yù)制件的外形尺寸(長(zhǎng)和寬)3Omm;
[0032]6)依次去除真空袋、透氣材料、有孔薄膜、吸膠材料、聚四氟乙烯玻璃漆布、整型條，得到毛坯件，用砂紙打磨掉四周的余膠或碳纖維毛刺，稍加修磨后即得到符合尺寸要求的復(fù)合材料面板。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超長(zhǎng)凈尺寸碳纖維復(fù)合材料面板的成型方法，其特征在于步驟為: 1)碳纖維預(yù)浸料的制備:碳纖維預(yù)浸料含膠量為38%?42%，揮發(fā)份含量為0.5%?.2% ； 2)根據(jù)面板的鋪層設(shè)計(jì)要求進(jìn)行碳纖維預(yù)浸料的鋪覆，鋪層層數(shù)為設(shè)計(jì)要求的.80% -90% ;鋪層完畢后，得到預(yù)制件，然后對(duì)預(yù)制件進(jìn)行裁邊，修至單邊比最終要求尺寸寬.5-10mm ； 3)將步驟2)得到的預(yù)制件上表面和下表面分別鋪放聚四氟乙烯玻璃漆布，然后在上表面的聚四氟乙烯玻璃漆布上依次放置吸膠材料、有孔薄膜和整型模具，整型模具采用厚度l_3mm的鋁板，真空袋密封后，放入熱壓罐進(jìn)行預(yù)壓實(shí)；預(yù)壓實(shí)溫度為70-80°C，壓力為.0.1-0.3MPa，時(shí)間為 20-60min ； 4)將步驟3)得到的預(yù)制件依次去除整型模具、有孔薄膜、吸膠材料和聚四氟乙烯玻璃漆布后，根據(jù)鋪層要求鋪制剩余的鋪層，然后將預(yù)制件裁剪至最終要求尺寸； 5)在平板模具上依次鋪覆隔膠材料、聚四氟乙烯玻璃漆布、步驟4)得到的預(yù)制件，在預(yù)制件的四周放置整型條，在預(yù)制件表面再依次鋪覆聚四氟乙烯玻璃漆布、吸膠材料、有孔薄膜、透氣材料，整型條寬度為20-50_，包覆真空袋密封，進(jìn)入熱壓罐固化；固化溫度為.160-180°C，壓力為 0.4-0.8MPa，時(shí)間為 120_240min ； 平板模具為長(zhǎng)和寬的尺寸均為5m以上的鋁質(zhì)板或鋼質(zhì)板，鋁質(zhì)板的厚度為.30mm-50mm，鋼質(zhì)板的厚度為10mm-20mm ;隔膠材料為聚丙稀薄膜；吸膠材料為濾紙；透氣材料為透氣氈；整型條的材料為硅橡膠板或鋁板； 步驟5)中聚四氟乙烯玻璃漆布的尺寸大于安裝整型條后的預(yù)制件的外形尺寸； 6)依次去除真空袋、透氣材料、有孔薄膜、吸膠材料、聚四氟乙烯玻璃漆布、整型條，得到毛坯件，打磨掉四周的余膠或碳纖維毛刺，修磨后即得到符合尺寸要求的復(fù)合材料面板。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種碳纖維復(fù)合材料面板的成型方法，特別涉及一種超長(zhǎng)凈尺寸碳纖維復(fù)合材料面板的成型方法，屬于碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料承力結(jié)構(gòu)成型工藝技術(shù)，該方法所制備的復(fù)合材料面板作為火箭或?qū)椀闹谓Y(jié)構(gòu)，超長(zhǎng)尺寸一般指面板的長(zhǎng)度為2-4m。面板采用對(duì)稱鋪層，并使用激光投影設(shè)備進(jìn)行鋪層輔助定位，確保鋪層角度，可以避免固化后的翹曲變形；固化包覆時(shí)，預(yù)制件上、下表面均要覆蓋聚四氟乙烯玻璃漆布，而且尺寸要大于安裝整型條后的預(yù)制件尺寸，有利于上、下表面揮發(fā)性氣體及鋪層帶入空氣的導(dǎo)出。
【IPC分類】B29C70/06, B29C70/34
【公開(kāi)號(hào)】CN104908339
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510283435
【發(fā)明人】張婭婷, 李健芳, 劉振, 付平俊, 黃智彬, 張霄楠
【申請(qǐng)人】航天材料及工藝研究所, 中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院
【公開(kāi)日】2015年9月16日
【申請(qǐng)日】2015年5月28日